Tecnologías de grabación de discos ópticos

La creación de discos ópticos requiere que varias tecnologías de grabación de discos ópticos trabajen en conjunto, desde el soporte de disco óptico hasta el firmware y la electrónica de control de la unidad de disco óptico .

En el mercado existen numerosos formatos de grabación óptica directa a disco , todos ellos basados ​​en el uso de un láser para modificar la reflectividad del soporte de grabación digital y así replicar los efectos de las hendiduras y surcos creados durante la compresión de un disco óptico comercial. Tecnologías emergentes como el almacenamiento de datos holográfico y el almacenamiento de datos óptico 3D pretenden utilizar métodos de almacenamiento de datos completamente diferentes, pero estos productos se encuentran en desarrollo y aún no están ampliamente disponibles.

La forma más antigua es la magnetoóptica , que utiliza un campo magnético en combinación con un láser para grabar en el soporte. Aunque no se usa ampliamente en equipos de consumo, el NeXT Cube original utilizaba soportes MO como dispositivo de almacenamiento estándar, y la tecnología MO para el consumidor está disponible en forma de MiniDisc de Sony . Este tipo de soporte es regrabable.

La forma más común de soporte óptico grabable es la tecnología de tinta orgánica de escritura única , popularizada con el CD-R y que aún se utiliza para soportes de mayor capacidad como el DVD-R . Esta tecnología emplea únicamente un láser para quemar una tinta orgánica transparente (generalmente a base de cianina , ftalocianina o compuestos azoicos ) y crear hendiduras (puntos oscuros) sobre un surco espiral reflectante. La mayoría de estos soportes se identifican con el sufijo R (grabable). Estos discos suelen ser bastante coloridos, generalmente en tonos azules, amarillo pálido o verde.

Es posible crear soportes ópticos regrabables y no magnéticos mediante aleaciones de cambio de fase , que se convierten entre estados cristalinos y amorfos (con diferente reflectividad) gracias al calor del láser de la unidad . Estos soportes deben reproducirse en unidades especialmente calibradas, ya que el material de cambio de fase presenta un contraste de reflectividad menor que los soportes basados ​​en colorantes. Si bien la mayoría de las unidades modernas son compatibles con estos soportes, muchas unidades de CD antiguas no reconocen el umbral más estrecho y no pueden leer estos discos. Los discos de cambio de fase se designan con las siglas RW (Regrabable) o RE (Recordable-Erasable). Suelen ser de color gris oscuro.

Otra tecnología crea cavidades en una capa de carbono inorgánico, una opción de "escritura única". M-DISC , creado por Millenniata , registra datos en discos M-DISC especiales con una vida útil de varios cientos de años. ^{[ 1 ]}

La calibración de potencia óptima (OPC) es una función que verifica la potencia láser adecuada para escribir una sesión específica en el soporte utilizado. La función OPC activa , más sofisticada , calcula la potencia láser óptima y la ajusta en tiempo real.

Los discos ópticos se pueden grabar en modo Disco a la vez , Pista a la vez , Sesión a la vez (es decir, varias sesiones de grabación para un solo disco) o escritura por paquetes . Cada modo tiene diferentes propósitos:

• Grabación de disco a la vez: graba todo el disco en una sola pasada; preferida para la duplicación de másteres.
• Track At Once: escribe pistas individuales con un espacio entre ellas; se utiliza para CD de audio.
• Sesión simultánea: graba y finaliza varias sesiones en un solo CD; normalmente no es compatible con CD Audio y no es compatible universalmente con el software de autoría.
• Escritura de paquetes: escribe datos en el medio bajo demanda (ver más abajo).

A diferencia de las primeras unidades de CD-ROM , las grabadoras de discos ópticos generalmente han utilizado protocolos de conexión estándar de la industria. Las primeras grabadoras de CD para ordenador se conectaban generalmente mediante SCSI ; sin embargo, a medida que SCSI fue abandonado por sus principales usuarios (en particular Apple Computer ), se convirtió en una opción costosa para la mayoría de los usuarios de ordenadores. Como resultado, el mercado cambió a conexiones Parallel ATA para la mayoría de las unidades internas; las unidades externas generalmente utilizan mecanismos de unidad PATA conectados a un puente dentro de la carcasa que se conecta a un bus serie de alta velocidad como FireWire o USB 2.0 de alta velocidad . Casi todas las unidades modernas, en particular las unidades Blu-ray , utilizan Serial ATA .

Las grabadoras independientes utilizan conexiones de audio/vídeo estándar, como conectores RCA , TOSlink y S/PDIF para audio, y RF , vídeo compuesto , vídeo por componentes , S-Video , SCART y FireWire para vídeo. Es poco probable que incluyan conexiones digitales de alto ancho de banda como HDMI , ya que los dispositivos de grabación no tienen permitido descifrar el contenido de vídeo cifrado .

La sobregrabación es el proceso de grabar datos que superan el límite de tamaño normal del soporte grabable, especificado por el fabricante. Las estructuras del ATIP no permiten especificar dichos tamaños.

La sobregrabación puede utilizarse para determinar el límite de capacidad real de un disco grabable, ya que la capacidad indicada por los fabricantes de discos grabables es simplemente la capacidad garantizada , más allá de la cual la capacidad real es indefinida. No se garantiza la legibilidad de los datos ubicados más allá de la capacidad especificada. ^{[ 2 ]}

Normalmente, la grabadora debe realizar una escritura completa sin pausas. Una vez que el láser está encendido, detener y reiniciar el proceso de grabación puede provocar fallos.

Se produce un desbordamiento de búfer durante la grabación si se interrumpe el suministro de datos a la grabadora antes de que finalice la escritura. Normalmente, el software mueve los datos que se van a grabar a un búfer ; el desbordamiento se produce si la grabadora procesa los datos del búfer más rápido de lo que el software los recarga. Históricamente, el desbordamiento de búfer solía deberse a la escritura de datos procedentes de un dispositivo lento, a la lentitud del software de grabación, a un procesador lento o a un procesador que ejecutaba otras tareas simultáneamente.

Diversas grabadoras minimizan o gestionan el problema del desbordamiento del búfer de las siguientes maneras:

• Casi todas las grabadoras pueden reducir la velocidad de rotación del disco y grabar a menor velocidad. Una grabadora puede hacerlo si detecta que está descargando los datos del búfer más rápido de lo que el software los recarga.
• El software de grabación mantiene búferes más grandes que cuando se introdujeron las primeras grabadoras de CD. Algunas grabadoras mantienen su propia memoria intermedia independientemente del ordenador. Este almacenamiento adicional garantiza que las pausas momentáneas en el suministro de datos no provoquen un desbordamiento del búfer.
• De hecho, algunas grabadoras pueden interrumpir la escritura en medio de una sesión y reanudarla cuando se rellena el búfer. Las grabadoras con esta protección contra el desbordamiento del búfer gestionan la interrupción con una pequeña interrupción en la pista grabada en el disco. ^{[ 3 ]} Dado que las técnicas para protegerse contra el desbordamiento del búfer son propietarias y específicas de cada fabricante, los detalles técnicos varían.
• Los formatos DVD+R, DVD+RW y Blu-ray grabables son inmunes al desbordamiento de búfer, ya que estos discos contienen tecnología que permite al mecanismo de escritura de la grabadora localizar con precisión el final de la pista grabada y continuar sin interrupciones desde donde se interrumpió. Muchas utilidades de creación de discos desactivan la opción de protección contra el desbordamiento de búfer cuando se graban estos discos. ^{[ 4 ]}

El desbordamiento del búfer se minimiza mediante una estrategia en la que la grabadora graba un paquete en lugar de una sesión completa o un disco entero. Al usar soportes regrabables ( CD-RW , DVD-RW , DVD-RAM ), el sistema de archivos UDF organiza el disco en paquetes que se graban individualmente. Los paquetes se referencian mediante una única tabla de direcciones actualizada.

Varios fabricantes han desarrollado tecnologías propias para evitar fallos de búfer, entre ellos Sanyo (BURN-Proof), ^{[ 5 ]} Asus (FlextraLink), ^{[ 6 ]} Sony (Power Burn) y Yamaha (SafeBurn).

La escritura de paquetes es una tecnología que permite utilizar discos ópticos de forma similar a un disquete . Se puede usar tanto con soportes de escritura única como con soportes regrabables. Se han desarrollado varios formatos de disco de escritura de paquetes incompatibles, como DirectCD e InCD . Los formatos estandarizados para la escritura de paquetes son el formato de disco universal ( UDF ) en sus versiones simple, VAT y con memoria de reserva.

Al utilizar la función de escritura o grabación simulada del software de creación de discos ópticos , se simula el proceso de escritura, lo que significa que el disco gira y el láser se mueve como en un proceso de escritura real, pero sin que se grabe ningún dato en el disco.

Esta función permite observar las velocidades y patrones de escritura (por ejemplo, velocidad angular constante , velocidad lineal constante y variantes P-CAV y Z-CLV ) con diferentes configuraciones de velocidad de escritura y probar la capacidad máxima de un disco individual que se podría lograr mediante la sobregrabación . ^{[ 7 ]}

Esta función está estandarizada en CD-R , CD-RW , DVD-R y DVD-RW , pero no en DVD+R y DVD+RW , en los que hasta ahora solo las unidades ópticas Plextor admiten la escritura simulada. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Los soportes ópticos grabables/grabables para venta al público contienen tintes en su interior para grabar datos, mientras que los soportes ópticos fabricados en serie utilizan cavidades físicas creadas mediante moldes de plástico. Como resultado, el almacenamiento de datos en soportes ópticos para venta al público no tiene la misma vida útil que los fabricados en serie. El problema se agrava porque, a medida que se utiliza el láser de grabación, su potencia disminuye con el tiempo, generalmente después de tan solo unos años. Por consiguiente, un disco grabado con un láser que está llegando al final de su vida útil puede no tener una vida útil de lectura tan larga como si se hubiera utilizado un láser nuevo.

No se debe confiar únicamente en los soportes ópticos basados ​​en colorantes para archivar datos valiosos. MAM-A ( Mitsui ) afirma una vida útil de 300 años para sus CD-R de oro para archivo y de 100 años para sus DVD de oro. Buenas alternativas serían realizar copias de seguridad adicionales de los soportes utilizando otras tecnologías de almacenamiento y/o invertir en tecnologías de memoria no volátil . ^{[ 10 ]}

Una serie de estudios de seguimiento realizados por el Instituto Canadiense de Conservación en 2019 revelaron que los CD-R con tinte de ftalocianina y una capa de oro metálico tenían la mayor longevidad, superando los 100 años cuando se almacenaban a niveles ideales de temperatura y humedad. El segundo disco con mayor longevidad fue el DVD-R (con capa de oro metálico), con una longevidad promedio de 50 a 100 años en condiciones ideales. Los CD-R con ftalocianina y una capa de aleación de plata metálica también obtuvieron una longevidad promedio de 50 a 100 años; sin embargo , los investigadores observaron que si el entorno de almacenamiento contiene contaminantes, cualquier CD-R que utilizara una capa de plata probablemente se degradaría más rápido que los discos con una capa de oro. Los investigadores concluyeron que los discos con capa de plata podrían no ser una solución adecuada para aplicaciones donde la longevidad es importante. ^{[ 11 ]} Tanto el CD-R como el DVD-R superaron a todas las formas de discos Blu-ray en cuanto a longevidad: el disco Blu-ray de mejor rendimiento, el BD-RE (Blu-ray regrabable), tiene una longevidad promedio de 20 a 50 años, mientras que los discos BD-R no regrabables tienen una longevidad promedio de 10 a 20 años en condiciones ideales. ^{[ 11 ]}

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